Nghiên cứu các Nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định thành giếng đứng và đề xuất giải pháp chống giữ hợp lý cho một số giếng mỏ than Quảng Ninh và đề xuất giải pháp chống giữ hợp lý cho một số giếng mỏ than Quảng Ninh

Đề tài tiến hành theo các nội dung sau: Nghiên cứu tổng quan về công tác đào giếng trên Thế giới và nước ta hiện nay. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng biến dạng vỏ chống giếng. Nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định của đất đá xung quanh thành giếng đứng. Nghiên cứu đề xuất giải pháp chống giữ thành giếng đứng cho các mỏ than Quảng Ninh. Nghiên cứu xây dựng mô hình số dự báo biến dạng vỏ chống giếng đứng mỏ than Quảng Ninh

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài.

Ngành khai khoáng là ngành rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và chiếm tỉ

trọng tương đối lớn của nền sản xuất công nghiệp nặng Hàng năm ngành công nghiệp khai

khoáng đặc biệt là công nghiệp khai thác than đã đóng góp một phần rất lớn vào ngân sách

nhà nước Đồng thời còn tạo ra công ăn việc làm cho số đông lực lượng lao động, góp phần

làm ổn định nền kinh tế, chính trị và trật tự xã hội

Hiện nay ngành than đang chuyển từ khai thác lộ thiên sang khai thác hầm lò, đặc

biệt là khai thác than bằng giếng đứng Khai thác bằng giếng đứng là “bước ngoặt của

ngành than” nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển từ nay đến năm 2020 Hiện nay các mỏ như

Hà Lầm, Núi Béo, Khe Chàm II - IV, Mạo Khê đã tiến hành thi công và sử dụng giếng

đứng để khai thác than Khi khai thác bằng giếng đứng càng xuống sâu thì áp lực của đất

đá lên thành giếng càng lớn Vì thế việc tính toán thi công vỏ giếng đứng và “Nghiên

cứu các phương pháp đánh giá ổn định thành giếng đứng và đề xuất giải pháp chống

giữ hợp lý cho một số giếng mỏ than Quảng Ninh” đóng vai trò quan trọng trong việc

giúp mỏ chịu được áp lực đất đá lớn và tiết kiệm được nguyên vật liệu xây dựng

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

Đánh giá ổn định thành giếng và đề xuất giải pháp chống giữ hợp lý

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu đề tài.

Nghiên cứu thân giếng đứng tại mỏ than Quảng Ninh

4 Nội dung nghiên cứu đề tài.

Đề tài tiến hành theo các nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về công tác đào giếng trên Thế giới và nước ta hiện nay

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng biến dạng vỏ chống giếng

- Nghiên cứu các phương pháp đánh giá ổn định của đất đá xung quanh thành giếng

5 Phương pháp nghiên cứu.

- Sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích, nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên

cứu thực nghiệm:

+ Nghiên cứu tổng quan;

+ Nghiên cứu lý thuyết;

+ Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp chuyên gia:

+ Sử dụng những chuyên gia đã từng tham gia chỉ huy thi công và trực tiếp thiết kế,

thi công để tham khảo kinh nghiệm

Lời cám ơn:

Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Đặng Viên Kiên, giảng viên Bộ môn Xây dựng

CT Ngầm và Mỏ đã quan tâm chỉ đạo, động viên giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong

quá trình triển khai thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin đã tạo điều kiện

giúp đỡ và hợp tác có hiệu quả trong quá trình thu thập tài liệu và thực hiện đề tài

Hà Nội, tháng 04 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Đỗ Thế Anh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

DANH MỤC BẢNG BIỂU ……… ….5

DANH MỤC HÌNH VẼ ………6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐÀO GIẾNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ NƯỚC TA 7

1.1 Tổng quan công tác đào chống giếng đứng trên thế giới 7

1.1.1 Khái quát chung 7

1.1.2 Chiều sâu giếng 9

1.1.3 Tốc độ thi công giếng 10

1.2 Hiện trạng xây dựng giếng đứng tại Việt nam trước đây và thi công giếng đứng do nước ngoài thiết kế, thi công giếng đứng tại vùng than Quảng Ninh 11

1.2.1 Giếng đứng trong các công trình thủy điện 12

1.2.2 Giếng đứng mỏ than 13

1.3 Kết luận 17

CHƯƠNG II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG BIẾN DẠNG VỎ CHỐNG GIẾNG .18

2.1 Ảnh hưởng của địa cơ học mỏ 18

2.2 Ảnh hưởng của chiều dày và góc dốc vỉa 18

2.3 Ảnh hưởng của điều kiện địa chất thuỷ văn 19

2.4 Ảnh hưởng của địa hoá học đến môi trường mỏ 19

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng các đoạn kết cấu giếng đứng 19

CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH THÀNH GIẾNG ĐỨNG 24

3.1 Phân loại khối đá theo Deere, chỉ tiêu chất lượng đá RQD 25

3.2 Phương pháp của Bieniawski 27

3.3 Phương pháp của Barton, Lien và Lunde 29

3.4 Đánh giá theo hệ số C 36

3.4.1 Tính toán độ kháng nén của đá 36

3.4.2 Tính toán tiêu chuẩn bền của đất đá 36

3.5 Kết luận 38

CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỐNG GIỮ CHO MỎ THAN QUẢNG NINH 39

4.1 Điều kiện địa chất mỏ khu vực xây dựng giếng đứng tại vùng than Quảng Ninh 39

4.2 Lựa chọn bề dày kết cấu chống dưới sự hình thành và phân bố ứng suất quanh thành giếng đứng và mối liên hệ giữa cấu tạo địa tầng với ứng suất 41

4.2.1 Trạng thái ứng suất trong vỏ chống liền khối chịu áp lực ngang phân bố đều .41

4.2.2 Tính chiều dày vỏ giếng khi áp lực ngang bên ngoài phân bố không đều 43

4.3 Lựa chọn bề dày kết cấu chống theo các phương pháp phân loại đánh giá chất lượng khối đá 45

4.3.1 Đề xuất giải pháp chống giữ thành giếng theo phương pháp phân loại khối đá (Q) của Barton 45

4.3.2 Đề xuất giải pháp chống giữ thành giếng theo phương pháp phân loại khối đá C 48

CHƯƠNG V XÂY DỰNG MÔ HÌNH KIỂM TRA ỔN ĐỊNH VỎ CHỐNG GIẾNG ĐỨNG MỎ THAN NÚI BÉO 51

5.1 Địa chất khu vực thành giếng đứng mỏ than Núi Béo 51

5.2 Kiểm tra ổn định thành giếng đứng Núi Béo bằng tính toán giải tích 51

5.3 Kiểm tra ổn định thành giếng đứng Núi Béo bằng mô phỏng số 53

5.3.1 Mô phỏng hình học 53

5.3.2 Thông số vật liệu 54

5.3.3 Mô hình dẻo Mohr Coulomb 54

5.3.4 Tương tác và điều kiện biên 55

5.3.5 Kiểu phần tử lưới 56

5.4 So sánh kết quả mô hình giải tích và mô hình phần tử hữu hạn 57

CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 4.3 Bảng tính chỉ số chất lượng khối đá xung quanh thành giếng, Qw 47

Bảng 5.2 Chỉ tiêu cơ lý đất đá của vật liệu bê tông thành giếng 52

Bảng 5.4 Giá trị chuyển vị tại 12 điểm xét theo phương ngang 61

Bảng 5.5 Biểu đồ thể hiện chuyển vị tại 12 điểm xét theo phương ngang 62

Bảng 5.6 Giá trị chuyển vị tại 6 điểm xét theo phương thẳng đứng 63

Bảng 5.7 Biểu đồ chuyển vị tại 6 điểm xét theo phương thẳng đứng 63

điện Nậm Chiến

12Hình 1.3 Lò giếng đứng - "bước ngoặt công nghệ" của ngành Than 13

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ thi công hỗn hợp nối tiếp tại giếng đứng Hà Lầm 16

Hình 4.1 Sơ đồ phân bố ứng suất: r và t trong vỏ chống giếng dưới tác

dụng của áp lực gang phân bố đều

41Hình 4.2 Sự phân bố ứng suất trong vỏ giếng khi bị nén lệch tâm 44

Hình 4.3 Giới hạn không chống của giếng đứng dựa trên điều kiện địa chất

thành giếng theo Barton và cộng sự (1974)

47Hình 5.1 Sơ đồ mặt cắt địa chất mô hình giếng đứng khảo sát 51

Hình 5.6 Phần tử tự do với kiểu phần tử tứ diện tuyến tính 57

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TÁC ĐÀO GIẾNG TRÊN THẾ

GIỚI VÀ NƯỚC TA.

1.1 Tổng quan công tác đào chống giếng đứng trên thế giới

1.1.1 Khái quát chung

Công nghiệp khai thác than trên thế giới đã ra đời và khai thác từ hàng trăm năm

nay Khi khoáng sàng hữu ích khai thác bằng phương pháp lộ thiên hay giếng nghiêng tới

các vỉa cụm vỉa nằm nông gần mặt đất cạn kiệt, buộc con người phải thi công mở vỉa

bằng các cặp giếng đứng

Nhiều nước có công nghiệp khai thác than bằng công nghệ hầm lò (đặc biệt mở vỉa

bằng giếng đứng) sớm trên thế giới mà chúng ta biết được, đó là: Đức, Anh, Pháp, Ba

Lan, Nga Trung Quốc, Úc, và gần với nước ta như Indonesia v.v… đã thi công hàng trăm

thậm chí hàng ngàn giếng đứng có chiều sâu tăng dần từ vài trăm mét đến hàng ngàn mét

chiều sâu, đặc biệt các giếng khai thác vàng tại Nam Phi lên tới trên 3000m

Trên thế giới các giai đoạn phát triển than tương đối rõ rệt nhất là từ sau chiến

tranh thế giới (1945) đến nay Nhu cầu cung cấp năng lượng cho nhiệt điện, năng lượng

sưởi ấm, năng lượng phục vụ sản xuất vật liệu xây dựng, năng lượng phục vụ sản xuất

hoá chất hay năng lượng phục vụ luyện kim những năm từ 1950 đến 1975 chủ yếu dựa

trên năng lượng than đá Than đá được sản xuất ra phần lớn từ các nước Đông Âu, các

nước Tây Âu và những năm sau này từ Nam Phi và một số nước Chấu Á

Hiện nay, trên thế giới sử dụng hai phương pháp đào giếng chính là phương pháp

khoan nổ mìn và phương pháp cơ giới Trong đó, phương pháp khoan nổ mìn với những

ưu điểm là giá thành rẻ, áp dụng được trong nhiều điều kiện khác nhau cho nên hiện nay

trên 90% giếng đứng vẫn sử dụng phương pháp này

Phương pháp đào giếng bằng cơ giới bao gồm 3 loại chính là: phương pháp khoan

toàn tiết diện; phương pháp khoan dẫn hướng và khoan doa mở rộng; phương pháp đào

giếng sử dụng máy đào giếng đứng

Số lượng các giếng đào bằng phương pháp cơ giới chỉ chiếm rất ít (<5%) trong thi

công đào sâu giếng đứng Cho đến nay, mặc dù máy móc được thiết kế với trình độ cơ

giới hoá cao hơn, các phần mềm điều khiển thiết bị máy móc đào giếng thuận tiện hơn,

nhưng việc sử dụng phương pháp cơ giới để đào giếng còn khá hạn chế Giá thành khi sử

dụng các loại máy khoan toàn tiết diện có thể đắt gấp từ 2 - 2,5 lần so với đào giếng đứng

bằng phương pháp khoan nổ mìn

Sau hàng trăm năm ra đời, công tác xây dựng vỏ chống giếng đứng cho đến này

vẫn sử dụng thông dụng nhất là vỏ chống bê tông tại chỗ (hơn 90%) và bê tông cốt thép

Để thi công bê tông chống giữ giếng đứng, cốp pha thép dịch chuyển theo quá trình đào

sâu giếng (cốp pha trượt) được thiết kế, chế tạo đồng bộ, được treo trên các cáp trục và

dịch chuyển theo chiều sâu đào giếng

Vật liệu phục vụ thi công vỏ chống chủ yếu là bê tông với thành phần vật liệu là xi

măng, đá, cát, nước, chất độn và phụ gia được sử dụng rộng rãi và đi kèm là các trạm trộn

được cơ giới hoá và tự động hoá ngày càng cao

Từ năm 1970 đến nay thì thế giới đã chứng kiến nhiều thay đổi từ phương pháp

đào giếng truyền thống Có thể liệt kê ra đây:

- Sử dụng khoan chùm trong công tác đào giếng;

- Sử dụng kíp điện tử trong công tác nổ mìn;

- Sử dụng khoan thủy lực thay thế cho khoan khí nén;

- Sử dụng thuốc nổ nhũ tương thay thế cho thuốc nổ gốc Nitro glycerines;

- Khoan nổ mìn sử dụng lỗ khoan trống;

- Trang bị cốt giếng đồng thời với quá trình đào giếng;

- Sự phát triển của các máy đào giếng

Phải nói rằng trong giai đoạn này không có sự cải tiến nào đáng kể trong công tác

bốc xúc, trục tải hay hệ thống đổ bê tông cả Các máy khoan chùm được sử dụng rộng rãi

trên thế giới vào những năm 1970, lúc ban đầu vẫn sử dụng khí nén và dần chuyển sang

sử dụng thủy lực vào những năm 1980

Hiện nay, Trung Quốc là nước có ngành công nghiệp khai thác than phát triển

mạnh nhất, sản lượng khai thác hiện đứng đầu trên thế giới với sản lượng 3,5 tỷ tấn (năm

2015) chiếm khoảng 50% tổng sản lượng khai thác than trên thế giới Trong đó, đến 95%

sản lượng đến từ khai thác than hầm lò Trung Quốc có tổng cộng khoảng trên 10.700 mỏ

than quy mô khác nhau, độ sâu khai thác phổ biến từ 300 900m Với việc phần lớn các

mỏ hầm lò có quy mô lớn đều được mở vỉa bằng giếng đứng, Trung Quốc là nước có rất

nhiều kinh nghiệm trong thi công giếng đứng Trung Quốc cũng là nước du nhập cải tiến

và chế tạo rất nhanh các thiết bị thi công giếng thông dụng trên thế giới Các thiết bị thi

công giếng của Trung Quốc với tính năng kỹ thuật, mức độ cơ giới hóa và tự động tương

đối cao Hệ thống thiết bị phục vụ thi công thân giếng của Trung Quốc tương đối hoàn

chỉnh và có tính đồng bộ cao Công nghệ thi công giếng đứng của Trung Quốc được phát

triển theo hai hướng chính đó là:

- Thi công giếng đứng bằng khoan nổ mìn Trên cơ sở du nhập và cải tiến các thiết

bị của các nước khác, Trung Quốc hiện nay đã tự chế tạo và phát triển được hầu hết các

thiết bị chính trong công nghệ thi công giếng đứng bằng khoan nổ mìn Hầu hết các giếng

đứng mở vỉa khai thác than của Trung Quốc đều sử dụng phương pháp khoan nổ mìn;

- Thi công giếng đứng bằng cơ giới Trong đó, sử dụng rộng rãi nhất là công nghệ

khoan dẫn hướng và khoan doa mở rộng giếng Công nghệ này được sử dụng cho: các

giếng đứng có chiều sâu nhỏ và có đường lò khai thông mức dưới, các giếng mù, các bun

ke chứa than của các dự án mở vỉa bằng giếng đứng

1.1.2 Chiều sâu giếng

- Chiều sâu giếng phụ thuộc vào chiều sâu mức cần thiết khai thác khoáng sàng có

ích

- Chiều sâu giếng được phân thành các loại nông sâu tuỳ theo cách phân loại của

mỗi nước Thí dụ: Tại Liên xô (cũ) những giếng có chiều sâu nhỏ hơn 300m gọi là giếng

nông; sâu từ 300-700m gọi là sâu trung bình và giếng sâu từ > 700m

Những năm 90 của thế kỷ XX, giếng nông tại Liên xô chỉ chiếm 19%, giếng sâu

trung bình chiếm 44% còn lại 37% là giếng có chiều sâu > 700m

Các giếng khai thác than tại Liên xô chiều sâu trung bình là 648m giếng khai thác

quặng 596m giếng khai thác vật liệu hoá chất 396m Các giếng đứng vùng ngoại ô

Matxcơva từ 80-100m; vùng bể than Lvôv, Kuznhet 300-500m và vùng Donhet,

Karaganddy 500-1400m Giếng trong công nghệ khai thác mỏ của Liên xô có chiều sâu

từ 300-1400m

Bể than Norilck khai thác quặng sắt xây dựng 10 giếng với chiều sâu 800-1200m

hay vùng Taimưrski xây dựng 6 giếng phục vụ khai thác quặng sắt chiều sâu 1430

-1585m

Giếng sâu nhất phải kể đến các giếng phục vụ khai thác vàng tại Nam Phi (mỏ

vàng Mponeng và Savuka) với chiều sâu lên tới 3900m nơi đó nhiệt độ trong mỏ lên tới

540C

Tại mỏ vàng Nam Phi chiều sâu khai thác đạt tới 3670 m, ở chiều sâu này, nhiệt độ

môi trường lên tới gần 50°C

Từ những năm 1937-1938 chiều sâu khai thác vàng đã đạt tới 1500m Hiện nay

chiều sâu khai thác vàng đã đạt đến 4500m trong khi trữ lượng vàng còn tiếp đến chiều

sâu gần 5000m Mỏ vàng tại Ấn độ vùng Kolar Gold sâu 3200m, tại mỏ đồng

Hongtoushan sâu 1157 - 1337m thuộc các mỏ sâu nhất Trung Quốc

Hình 1.1 Dự báo đào sâu giếng phục vụ công tác khai thác vàng tại Nam Phi từ

2001 – 2015.

Tại Mỹ 8 mỏ khai thác quặng như: Bunker; Hill; Crescent; Sunshine; Silver

Summit; Galena; Calladrry; Star và Lucky Friday khai thác ở chiều sâu lớn hơn 2500m

Tại Canada vào những năm 40 của thế kỷ XX khai thác than ở chiều sâu sâu nhất

thế giới vào thời điểm này > 1500m tại vùng than Rocky Mountains; Foothills; Plains và

Nova Szkocja

Mỏ vàng tại Ấn độ vùng Kolar Gold sâu 3200m Tại mỏ đồng Hongtoushan sâu

1157 - 1337m thuộc các mỏ sâu nhất Trung Quốc

Tại Mỹ 8 mỏ khai thác quặng như: Bunker; Hill; Crescent; Sunshine; Silver

Summit; Galena; Calladrry; Star và Lucky Friday khai thác ở chiều sâu lớn hơn 2500m

Tại Canada vào những năm 40 của thế kỷ XX khai thác than ở chiều sâu sâu nhất

thế giới vào thời điểm này > 1500m tại vùng than Rocky Mountains; Foothills; Plains và

Nova Szkocja

1.1.3 Tốc độ thi công giếng

Công nghệ xây dựng giếng đứng phát triển theo các giai đoạn khác nhau với sự

đầu tư trang thiết bị công nghệ, tập trung sản xuất giai đoạn đến năm 1975 và giai đoạn

sau 1975 đến nay Những năm sau chiến tranh thế giới thứ hai, với sự phục hồi kinh tế

của các nước trong khối Đông Âu - Liên Xô và các nước Tây Âu tập trung vào khai thác

tài nguyên nhất là khai thác than trong đó có than năng lượng phục vụ các nhà máy nhiệt

điện, các nhà máy sản xuất năng lượng sưởi ấm, hoá chất, vật liệu xây dựng và than

luyện cốc phục vụ luyện sắt thép Giai đoạn từ sau chiến tranh thế giới thứ hai đến 1975

là giai đoạn phát triển mạnh mẽ trong công tác xây dựng các mỏ mới Các vỉa than vùng

Đông Âu, Liên Xô cũ hay các vùng than với trữ lượng lớn của Tây Đức, Pháp, Anh v.v…

với điều kiện ổn định chiều dày và góc dốc vỉa tốt Các vỉa có chiều dày trung bình đến

3,5m và góc dốc nhỏ nên công tác mở vỉa chủ yếu bằng công nghệ thi công đào chống

giếng đứng Chỉ riêng công ty xây dựng mỏ Doneck trong vòng 25 năm đã đào được

128km giếng với 240 giếng bằng 30% tổng số mét giếng đào của Anh, Mỹ, Pháp và Tây

Đức Năm 1975 công ty đào 174 giếng đường kính 6-6,5m có 51 giếng chiếm 28%

Giếng phục vụ khai thác than 28 chiếc trong tổng 84 chiếc chiếm 32% với đường kính

8m Trong giai đoạn này tốc độ đào giếng 60m/tháng năng suất 0,5m3/công ca đến 2,9m3/

công ca Năm 1922 tốc độ đào chỉ đạt 19,8m/tháng đến năm 1976 lên 70,9m/tháng

Giai đoạn sau 1975 có thể tạm gọi là giai đoạn ngừng phát triển năng lượng từ

than, khi khai thác dầu phát triển nhanh với giá thành thấp trên thế giới Các nước trước

đây sản xuất nhiều than như Tây Đức (Sau này là Cộng hòa Liên bang Đức) Anh, Pháp

hay các nước như Ba Lan, Tiệp, Ucraina giảm sản lượng khai thác than Các nước như

Nhật Bản chỉ khai thác cầm chừng và giữ lại tài nguyên than cho kế hoạch phát triển

năng lương sau này Mặc dù vậy, với việc cải tiến thiết bị, công suất máy và tổ chức lao

động khoa học (NATM) nên tốc độ xây dựng giếng đứng các năm 2000 vẫn đạt cao:

Công ty xây dựng mỏ số 2 tại mỏ Zasyadko - Ucraina 7 tháng đào chống toàn bộ 1260 m

giếng, như vậy tốc độ trung bình hơn 180m/tháng Cũng công ty này khi thi công giếng

đứng bằng phương pháp đặc biệt, đất đá nứt nẻ nhiều lưu lượng nước rất lớn

(>25m3/giờ), đường kính lên đến 8m vẫn đào chống được 850m trong 14 tháng thi

công.Tại Nam Phi, nơi có ngành công nghiệp khai thác vàng rất phát triển, rất nhiều giải

pháp kỹ thuật khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng trong thi công giếng Tốc độ thi

công giếng có thể đạt đến 230 m/tháng bằng phương pháp khoan nổ mìn

Khi chiều sâu sâu giếng lớn tốc độ và năng suất lao động có thể bị ảnh hưởng như

do thiết bị thi công công suất được cải thiện nên các chỉ tiêu trên vẫn có những cải thiện

đáng kể như đã nêu

1.2 Hiện trạng xây dựng giếng đứng tại Việt nam trước đây và thi công giếng đứng

do nước ngoài thiết kế, thi công giếng đứng tại vùng than Quảng Ninh.

Tại Việt Nam, khái niệm giếng đứng vẫn còn chưa được phổ biến, số lượng giếng

đứng trong các lĩnh vực công nghiệp và dân dụng vẫn còn tương đối ít Thi công giếng

đứng mới chỉ xuất hiện trong một số ngành nhất định như: Khai thác mỏ, thủy điện, thủy

lợi, giao thông

Trong ngành khai thác mỏ, có các hệ thống giếng đứng quy mô lớn phục vụ mở vỉa

khai thác than, ngoài ra còn có các giếng đứng quy mô nhỏ hơn được thi công phục vụ

công tác khai thác quặng kim loại

Trong các nhà máy thủy điện ngầm, giếng đứng được thi công với các công dụng

như sau:

- Phục vụ cho quá trình thi công hệ thống công trình ngầm tiết diện lớn (hầm gian

máy, hầm gian biến thế ), các đường hầm thủy điện, thủy công có chiều dài lớn (mở

hầm, mở gương hầm phụ thi công, thông gió, thoát nước, vận tải, );

- Làm giếng giao thông cáp, giếng thông gió, giếng vận tải cho các hầm trạm tiết

diện lớn (hầm gian máy, hầm gian biến thế );

- Làm giếng điều áp trong hệ thống các công trình ngầm thuộc tuyến năng lượng

của nhà máy thủy điện ngầm;

- Giếng đứng vận tải cho hệ thống ngầm

Ngoài ra, giếng đứng còn được sử dụng trong một số ngành khác như thủy lợi, giao

thông, tuy nhiên phạm vi còn rất hạn chế

1.2.1 Giếng đứng trong các công trình thủy điện

Trong các công trình thủy điện ngầm tại Việt Nam như: Hòa Bình, Yaly, Cửa Đạt,

Nậm Chiến, Nậm Chăn các giếng điều áp được thi công bằng phương pháp khoan dẫn

hướng và khoan doa mở rộng kết hợp với khoan nổ mìn, cụ thể như sau:

Bước 1: Đổ bê tông bệ máy khoan Robbins, lắp đặt các thanh neo cố định bệ máy

Bước 2: Lắp đặt máy khoan, định vị hướng khoan

Bước 3: Khoan dẫn hướng với đường kính lỗ khoan D=150mm;

Hình 1.2 Máy khoan Robbins đã lắp đặt và khoan tại giếng điều áp thủy điện Nậm

Chiến

Bước 4: Lắp đặt đầu cắt mở rộng (các đầu cắt mở rộng thường có đường kính từ

1,0-:-1,8m tùy từng điều kiện);

Bước 5: Khoa doa mở rộng giếng từ dưới lên, với đường kính doa từ 1,0-:-1,8m;

Bước 6: Hạ và tháp đầu cắt mở rộng, tháo dỡ máy khoan dẫn hướng;

Bước 7: Khoan nổ mìn mở rộng giếng đến đường kính thiết kế Phần giếng đã

khoan mở rộng đóng vai trò là đường thoát đất đá thải đồng thời tạo mặt thoáng thứ 2 cho

công tác khoan nổ

1.2.2 Giếng đứng mỏ than.

1.2.2.1 Ðào lò giếng đứng - Bước ngoặt của ngành than.

Hình 1.3 Lò giếng đứng - "bước ngoặt công nghệ" của ngành Than

Ðể đáp ứng yêu cầu phát triển từ nay đến năm 2020, ngoài việc mở rộng, nâng công

suất khai thác xuống sâu các mỏ hiện có, ngành than còn đầu tư thăm dò, thiết kế xây

dựng và khai thác các mỏ mới Công ty cổ phần Than Hà Lầm là đơn vị đi đầu trong việc

đổi mới công nghệ, đầu tư xây dựng mỏ giếng đứng Ngày 3-2-2009, công ty khởi công

dự án, mở vỉa bằng ba giếng đứng ở độ sâu 300 m so mực nước biển (sâu nhất nước ta

tính đến thời điểm này) với mức đầu tư hơn 2.200 tỷ đồng, công suất khai thác 2,4 triệu

tấn/năm, thời gian khai thác khoảng 50 năm Ngày 12-11-2009, đúng dịp kỷ niệm 73 năm

Ngày truyền thống công nhân mỏ - truyền thống ngành than, thợ mỏ Hà Lầm chính thức

đặt chân xuống độ sâu 300m, đánh dấu bước ngoặt lớn trong lịch sử phát triển ngành

than Mỏ giếng đứng Hà Lầm có tầm chiến lược quan trọng trong sự phát triển bền vững

của công ty, tạo việc làm ổn định cho 4.300 đến 4.500 công nhân, nếu không đến năm

2017, mỏ Hà Lầm ở độ sâu đến 50 m sẽ kết thúc

Công ty cổ phần Than Núi Béo hiện đang khai thác lộ thiên với mức sản lượng cao

nhất Vinacomin (gần 6 triệu tấn/năm) và phần khai thác này dự kiến sẽ chấm dứt sau năm

2015 Do vậy, việc xây dựng mới mỏ hầm lò Núi Béo được gấp rút đẩy nhanh tiến độ,

kịp duy trì sản lượng của công ty trong những năm tới Công ty đã khởi công dự án đầu

tư mỏ hầm lò công suất hai triệu tấn/năm, sâu 350m, sẽ xây dựng cơ bản trong bốn năm

và khai thác 30 năm, công nghệ tương đương các mỏ hiện đại của châu Âu Ðây là dự án

giếng đứng đầu tiên do các đơn vị trong nước tự tổ chức, thiết kế, thi công và cung cấp

thiết bị Dự án có tổng mức đầu tư hơn 5.300 tỷ đồng, do Viện Khoa học công nghệ mỏ

trực thuộc Vinacomin thiết kế, có sự tham gia của tư vấn LB Nga, Công ty Xây dựng

hầm lò 1 đảm nhiệm thi công Các công đoạn sản xuất của mỏ Núi Béo sẽ được cơ giới

hóa đến mức cao nhất, sử dụng giàn chống Vinaalta và máy khấu, giá khung di động, cột

thủy lực đơn, máy đào lò com-bai, xe khoan tam-rốc; vận tải than liên tục bằng băng tải,

máng cào, Tập đoàn Vinacomin kỳ vọng, dự án sẽ là tiền đề nâng cao trình độ quản lý

của cán bộ, công nghệ chế tạo thiết bị của các đơn vị cơ khí và nâng cao tay nghề công

nhân đào lò, từ đó làm cơ sở cho việc sau này tự triển khai các dự án than hầm lò trọng

điểm khác

Hình 1.4 Thi công xây dựng lò giếng đứng Núi Béo

Một dự án mở vỉa bằng giếng đứng khác của ngành than cũng đang được triển khai

là mỏ Khe Chàm II-IV, quy mô vượt xa mỏ Hà Lầm đang thực hiện, công suất 3,5 triệu

tấn/năm Dự án do Công ty TNHH một thành viên Than Hạ Long làm chủ đầu tư, nguồn

vốn gần 12.600 tỷ đồng, sẽ khai thông xuống mức 500 m và dưới 500 m Mỏ Khe Chàm

II-IV cũng có công nghệ tương đương các mỏ hiện đại của châu Âu, cơ giới hóa đến mức

cao nhất các công đoạn sản xuất Công tác tư vấn, thiết kế và thi công cũng do các đơn vị

trong ngành thực hiện

- Sau Hà Lầm, Núi Béo và Khe Chàm II-IV, sẽ có thêm một số mỏ khác thi công giếng

đứng, hiện đang trong quá trình thẩm định và phê duyệt dự án

1.2.2.2 Sơ đồ công nghệ thi công

Do đặc điểm địa chất của Việt Nam, phần cổ giếng chủ yếu đào qua lớp đất đá thải

và lớp đất đá gốc phong hóa Thi công cổ giếng đoạn qua lớp đất đá thải và lớp đất đá

phong hóa sử dụng sơ đồ thi công nối tiếp Sau khi đào xúc đất đá, chống tạm đến hết

chiều dài đoạn đất đá thải và đất đá gốc phong hóa, tiến hành lắp cốp pha đổ bê tông theo

chiều từ dưới lên Sơ đồ này có nhược điểm cơ bản là tốc độ thi công thấp do các công

đoạn không thực hiện đồng thời được với nhau, mất thời gian tháo vỏ chống tạm thời

Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam vẫn sử dụng sơ đồ này do thiếu trang thiết bị thi công

trong giai đoạn mới khởi công giếng đứng

Sơ đồ công nghệ thi công thân giếng bao gồm: Sơ đồ công nghệ thi công thân

giếng qua lớp đất đá thải, đất đá gốc phong hóa và sơ đồ công nghệ thi công thân giếng

qua lớp đá gốc Khi thi công thân giếng qua lớp đất đá thải và lớp đất đá gốc phong hóa ở

mỏ than Hà Lầm, đơn vị thi công sử dụng sơ đồ công nghệ thi công nối tiếp Sau khi đào

xúc đất đá đủ chiều dài của 1 đốt đổ bê tông thì tiến hành lắp dựng cốp pha và đổ bê tông,

chiều dài đốt đổ là 2,0m (đối với lớp đất đá thải) và 2,5m (đối với lớp đất đá gốc) Khi thi

công thân giếng qua lớp đá gốc, hiện nay các đơn vị thi công vẫn chủ yếu sử dụng sơ đồ

công nghệ thi công hỗn hợp Công tác đào xúc đất đá và chống cố định tiến hành theo

chiều từ trên xuống dưới Sau khi khoan nổ mìn, tiến hành xúc đất đá đến đủ chiều dài

của một đốt đổ bê tông thì tiến hành đổ bê tông bằng cốp pha trượt Phần đất đá còn lại,

nếu còn đủ chiều dài của 1 đốt đổ bê tông thì tiếp tục xúc đất đá đủ chiều dài 1 đốt đổ và

đổ bê tông Nếu không đủ chiều dài 1 đốt đổ bê tông thì tiến hành xúc dọn toàn bộ đất đá

trên gương giếng và bắt đầu 1 chu kỳ mới Ở giếng đứng của mỏ than Hà Lầm, chiều

dài đốt đổ là 2,5m và 3,6m Sơ đồ hỗn hợp mà Việt Nam đang sử dụng này có 1 số ưu

điểm như: mức độ an toàn cao; ít phải sử dụng vỏ chống tạm thời; không yêu cầu nhiều

trang thiết bị đào giếng Sơ đồ thi công giếng phối hợp nối tiếp được thể hiện trong

Thïng trôc GÇu chÊt t¶i

Cèp pha

Cèp pha Cèp pha

Như vậy, công nghệ thi công giếng đứng được Tư vấn thiết kế và Nhà thầu xây

dựng thực hiện tại giếng đứng mỏ than Hà Lầm không có khác biệt so với công nghệ thi

công trên thế giới

1.3 Kết luận.

Hiện nay, công tác thi công giếng đứng trở nên phổ biến và công nghệ thi công

giếng đứng đã đạt đến trình độ cơ giới hóa, tự động hóa rất cao Chính vì thế công tác

nghiên cứu ổn định đánh giá được quan tâm chú trọng hơn

CHƯƠNG II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG BIẾN DẠNG VỎ CHỐNG

GIẾNG

2.1 Ảnh hưởng của địa cơ học mỏ

Liên quan đến quá trình công nghệ khai thác mỏ, do sự khai thác toàn bộ hay từng

phần khoáng sản làm mất đi sự cân bằng của đá và khối đá ban đầu, đá và khối đá vùng

bị mất đi luôn có xu hướng chuyển dịch để lấp “chỗ trống” mà trong đó là những vấn đề

xảy ra:

- Không kiểm soát được quá trình dịch chuyển của đá nóc và ngay cả nền do khai

thác còn gọi là hiện tượng nén lún vách, trụ vỉa Sự mất thăng bằng đó có thể còn gây nên

các vụ rung chuyển còn gọi là vi địa chấn trong vùng khai thác, tạo nên sụt lún bề mặt

hay bùng, đẩy nền hay bùng trụ vỉa…

- Có thể kiểm soát được quá trình công tác mỏ như đào các đường lò trong hầm mỏ

đào các hào khai thác lộ thiên, hình thành các bãi thải chứa đá trên mặt mỏ; Sập đổ vách

lò chợ… làm thay đổi tính chất cơ lý của khối đá đồng thời làm thay đổi mặt mỏ và biến

dạng mặt mỏ do chuyển dịch khi khai thác lộ thiên Độ lớn của sự thay đổi trên phụ thuộc

vào tính chất của vách trụ vỉa than, vào loại hình các phễu sụt lún và điều kiện địa kỹ

thuật hay bản chất của nó là hoàn thiện khi kết thúc khai thác mỏ Chính vì thế mà tồn tại

khái niệm, đó là:

+ Sự thay đổi các tham số cơ lý đá (đất), trong đó là sự thay đổi các thông số ban

đầu vốn có trong lòng đất và sự thay đổi sau khi đào lò và tiến hành khai thác mỏ;

+ Biến dạng và ổn định khối đá và đất quanh các đường lò mỏ hầm lò và hào lộ

thiên và là giếng đào liên quan với sự biến dạng mặt mỏ khi mỏ bị ngập nước;

+ Biến dạng và ổn định khối bãi thải đối với nền đá phía vách và vách vỉa khi khai

thác mà trên nóc là các bãi thải đá;

+ Biến dạng chuyển dịch lớp đất đá phủ bề mặt do mất ổn định khối đá dưới tác

động của mưa bão, của quá trình sói mòn lớp thảm thực vật che phủ bề mặt

2.2 Ảnh hưởng của chiều dày và góc dốc vỉa

Không thể kiểm soát khi khai thác dù điều khiển đá vách bằng phá hoả hay chèn

lò Một trong những nguyên nhân gây mất ổn định và biến dạng chuyển vị giếng đứng

lớn nhất Khi khai thác các tập vỉa có chiều dày và góc dốc lớn, biến dạng đất đá do hậu

quả của quá trình khai thác không chỉ đối với bề mặt mỏ mà còn tác động lớn đến giếng

đứng

2.3 Ảnh hưởng của điều kiện địa chất thuỷ văn

Mực nước và hướng dòng chảy:

- Vị trí các moong, hồ chứa nước trên mặt đất, trong các dòng chảy nhân tạo hay tự

nhiên;

- Điều kiện và cường độ dòng chảy của các dòng nước trong các dòng chảy tự

nhiên và nhân tạo;

- Các khoáng vật, các hoá chất trong nước mặt và nước trong lòng đất

2.4 Ảnh hưởng của địa hoá học đến môi trường mỏ

- Hình thành các bãi chứa đá thải trên mặt mỏ đồng thời với sự xuất hiện các chất

độc hại ngấm trong khối đá đất thải nằm ngay trên các khoáng sàng khai thác dưới các

bãi thải đó,

- Bãi thải của các chất thải từ công nghiệp dân dụng và các nhà máy

- Chất thải từ các nhà máy nhiệt điện, các nhà máy năng lượng đốt than

- Chất thải từ các nhà máy tuyển, chất thải từ các nhà máy luyện

- Chất thải hay sự rơi vãi của các phương tiện vận chuyển chất độc hại và sự đổ

thải của các chất độc hại trên mặt địa hình mỏ

- Ngoài ra còn có các ảnh hưởng khác tác động đến ổn định như càng xuống sâu

nhiệt độ trong lòng đất càng tăng dần, hay càng khai thác, đào giếng xuống sâu hiện

tượng khí độc càng xuất hiện nhiều hơn tác động đến ổn định đá và môi trường mỏ

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng các đoạn kết cấu giếng đứng

Những yếu tố sẽ gây nên những sự mất ổn định và biếng dạng chuyển vị của giếng

mỏ, những biến dạng chuyển vị chủ yếu thường xuất hiện và xẩy ra trong điều kiện phức

tạp về địa hình, về ảnh hưởng sâu đến các đoạn kết cấu giếng đứng, đó là:

+ Đoạn cổ giếng thông thường tại các nước trên thế giới là đoạn nằm trong lớp đất

phủ với chiều dày lớp đất đá phong hoá không lớn lắm, trung bình chỉ vào khoảng 5÷7m

hoặc các biệt có thể lên đến 10 ÷ 15m Do đó trong đoạn đất đá phong hoá bề mặt với

chiều dày từ 10 ÷ 20m kể cả đoạn chuyển tiếp từ đất phủ sang đá gốc, một đoạn chiều sâu

không nhiều đá gốc có thể bị phong hoá thì khoảng cách từ vành đế đỡ cổ giếng đứng

tính từ mặt đất chỉ khoảng 20÷25m

+ Do chiều dài đoạn cổ giếng không lớn, mức độ thanh mảnh của đoạn cổ giếng

nhỏ Vì thế khả năng chuyển dịch và biến dạng của vỏ chống đoạn cổ giếng là rất thấp

Mặt khác khi đoạn cổ giếng được bố trí trong lớp đất đá nguyên thổ, nên sau khi đào và

xây dựng vỏ chống đoạn cổ giếng, vùng biến dạng dẻo của đất đá quanh vỏ chống không

lớn Chiều rộng vùng biến dạng dẻo nhỏ từ đó dẫn đến áp lực đẩy ngang của đất đá mỏ

tác động lên vỏ chống giếng không cao

+ Khi cổ giếng đứng được xây dựng trong vùng đất đá nguyên thổ, do khối đất đá

chặt khít, độ rỗng xốp nhỏ Do đó hệ số thấm của nước mặt vào giếng không cao Tác

động của nước gây giảm bền khối đất đá thấp Do đó, việc xây dựng các toà nhà công

nghiệp như nhà điều hành, các xưởng sữa chữa lắp ráp máy móc thiết bị, các nhà trục tời

hay trục tải v.v… gây tải trọng tác động đến vỏ chống cổ giếng đứng theo nhiều tài liệu

không đáng kể hoặc không xảy ra

+ Trong điều kiện địa tầng vùng mỏ Quảng Ninh, do nhiều nguyên nhân khách

quan và chủ quan nên cổ giếng đứng không thể bố trí trong các vùng đất nguyên thổ

Việc xây dựng vỏ chống giếng trong lớp đất đá bãi thải với chiều dày quá lớn, từ đó làm

cho chiều dài đoạn cổ giếng đứng lớn “Trụ ống” cổ giếng nằm trong khối đất đá chưa

đông kết, lỗ rỗng lớn, hệ số thấm nước cao, chiều dài đoạn cổ giếng có giếng lên đến

75m (giếng đứng chính mỏ Hà Lầm) nên độ thanh mảnh lớn, khả năng ổn định về chiều

cao nhỏ Do hệ số độ rỗng lớn, khả năng liên thông của nước mặt vào mỏ cao Từ đó làm

cho độ bền khối đất đá bãi thải vốn không cao khi thấm nước càng giảm xuống đáng kể

Mặt khác, ở nước ta do chưa có nhiều các quan trắc đo đạc xác định biến dạng, chuyển vị

mặt mỏ và các lớp phía trong vùng lớp đất đá phủ nên chưa có điều kiện xác định các giá

trị biến dạng và chuyển dịch đất đá

Chiều dài đoạn cổ giếng lớn, khối lượng vỏ chống xây dựng cổ giếng cao tác động

trực tiếp theo phương thẳng đứng từ trên xuống Thông thường, khối tải trọng của vỏ

chống giếng được phân bố và triệt tiêu thông qua ma sát giữa vỏ chống, trong đó vật liệu

gia công vỏ chống quyết định đến độ lớn hệ số ma sát Trong khối đất đá bãi thải hệ số

ma sát của chúng với vỏ chống bê tông cổ giếng không cao Khối lượng của toàn bộ vật

liệu xây dựng vỏ chống không bị phân bố và triệt tiêu do ma sát sẽ tác động lên vành đế

đỡ cổ giếng đứng Do đó, trong nghiên cứu thiết kế cần quan tâm đến ổn định cổ giếng

đứng khi xây dựng trong vùng đất đá bồi tích, đặc biệt cần xem xét số lượng, kích thước,

vật liệu, kết cấu thép v.v…đối với vành đế đỡ cổ giếng đứng cũng như khoảng cách giữa

vành nâng miệng giếng và vành đế đỡ cổ giếng đứng

Thân giếng đứng hay còn gọi là trụ ống giếng đứng là đoạn có chiều dài lớn nhất

và chiếm hầu như toàn bộ chiều dài giếng đứng

Theo như các báo cáo thì trữ lượng các vỉa có chiều dày và góc dốc lớn mà giếng

đứng đã và sẽ đào cắt qua chiếm tỷ trọng lớn (hình 2.1)

Hình 2.1 Sơ đồ mặt cắt dọc giếng đứng Núi Béo

Góc dốc vỉa đến 350 chiếm 68,64% tổng trữ lượng trong đó góc dốc 25-35% chiếm

45,21% góc dốc vỉa từ 35-450 chiếm 16,39% Các vỉa dày (>4,01m) mà giếng đứng sẽ

phải đào qua chiếm tới trên 60% trữ lượng[4]

Để khai thác các vỉa than khu vực thân giếng đào qua, phải để lại trụ than để bảo

vệ vỏ chống giếng Khảo sát trực giác ngay trên sơ đồ, dễ dàng nhận thấy ngay trên cùng

một mức khi giếng đào qua nhưng sự phân bố đất đá quanh giếng không giống nhau

Ngay phía trên cánh nâng là than thì phía cánh chìm là đá v.v… Sự khác nhau về loại đá

hay khác nhau về khối lượng thể tích của đá Khi khối lượng thể tích của đá khác nhau

nên ứng suất tại các vị trí quanh giếng đứng cũng khác nhau (n.H)

Khai thác than tại các vỉa dày, dốc nếu không được chèn chặt khoảng không gian

đã lấy hết than, đá vách sẽ sập đổ Quá trình sập đổ đá vách cùng xẩy ra với việc đá

không chèn kín mà tạo thành nhiều khối riêng biệt đè, kê lên nhau Hay còn gọi là sự nở

rời của đá Sự nở rời của đá cao hay thấp phụ thuộc vào độ bền của đá Đá có độ bền

càng lớn thì sự nở rời càng cao Song, với đất đá vùng Quảng Ninh hệ số nở rời của đá

sau phá hỏa thường lấy bằng từ 2,2 ÷ 2,5 Vậy để lấp đầy chiều dày một mét than khối

sập đổ của đá phá hoả phải lớn hơn hoặc bằng 4m

Trong cột địa tầng trầm tích than, không chỉ tồn tại một hay hai vỉa với chiều dày

một, hai mét Số vỉa càng nhiều, thì tổng số chiều dày của các vỉa càng lớn Do đó, khối

thể tích than khai thác càng lớn Sự sụt lún bề mặt mỏ thường xẩy ra khi khai thác các vỉa

nông với số lượng vỉa lớn Khi chiều sâu các vỉa lớn (khoảng >400m) hiện tượng sụt lún

bề mặt do sập đổ các lớp đá vách giảm dần và không còn ảnh hưởng Tuy nhiên, sự sụt

lún, sập đổ các lớp vách trong một khoảng không gian rộng lớn quanh giếng đứng gây tác

động đế chuyển dịch vỏ chống giếng và biến dạng giếng

Ở các nước sử dụng công nghệ mở vỉa từng giếng đứng và khai thác các trụ than

bảo vệ nhiều như Liên bang Nga, Ba Lan hay Ucraina người ta thấy rằng quá trình khai

thác các vỉa than và các trụ bảo vệ là quá trình làm thay đổi cấu trúc đá vách và làm biến

dạng dịch chuyển không chỉ đá vách mà còn làm chuyển dịch và biến dạng vỏ chống

giếng đứng Đồng thời trong công nghệ khai thác than và khai thác các trụ than bảo vệ

quanh giếng đứng, người ta phải sử dụng các giải pháp để ngăn chặn tốc độ và giá trị

biến dạng mặt mỏ và biến dạng than giếng đứng Các giải pháp được áp dụng phổ biến là

sử dụng phương pháp điều khiển đá vách Đá vách sau khi khai thác hết than, thay vì phá

hoả toàn bộ người ta sử dụng phương pháp phá hoả từng phần hoặc sử dụng phương pháp

chèn từng phần hay chèn toàn phần

Phương pháp khai thác các trụ than bảo vệ giếng đứng không chỉ là những giải

pháp đơn thuần về khai thác than mà còn là một khoa học chuyên nghiên cứu về quá trình

biến dạng chuyển dịch của đá quanh giếng đứng và sụt lún biến dạng trên mặt đất

Trong xây dựng giếng đứng, dự báo tương lai những biến động do thực hiện công

nghệ mỏ và những tác động do công nghệ làm biến dạng chuyển vị giếng đứng và mặt

mỏ để đề xuất các giải pháp gia cố vỏ chống giếng hay gia cường các trụ than bảo vệ

giếng Cải thiện các thông số về kết cấu và vật liệu gia công vành đế đỡ, bố trí khoảng

cách giữa các vành đế đỡ hợp lý, giảm bớt độ thành mành của chiều cao không gia cố của

thân, cổ giếng, thoát nước hay ngăn chặn sự thấm của nước qua vỏ chống giếng v.v là

những giải pháp hiệu quả, ít tốn kém được các nước đi trước sử dụng

2.6 Kết luận.

Quá trình nghiên cứu biến dạng giếng cho thấy các yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng vỏ

chống giếng bao gồm:

- Ảnh hưởng của địa cơ học mỏ;

- Ảnh hưởng của điều kiện địa chất thuỷ văn, của điều kiện thuỷ văn;

- Ảnh hưởng của điều kiện địa hoá học;

- Ảnh hưởng của địa nhiệt;

- Ảnh hưởng của khí mỏ ;

- Ảnh hưởng của điều kiện kỹ thuật và thi công giếng

CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH CỦA

ĐẤT ĐÁ XUNG QUANH THÀNH GIẾNG ĐỨNG.

Mặc dù ngày nay đã có các phương tiện tiên tiến phục vụ cho công tác thiết kế

công trình ngầm, song các phương pháp dựa trên kinh nghiệm vẫn được coi là một trong

những công cụ đắc lực không thể thiếu được Trong suốt những năm qua, chúng ta đã

chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật phân tích và máy tính, bao gồm cả kỹ

thuật số 3 chiều, nhưng phương thức thiết kế kinh nghiệm vẫn còn được sử dụng phổ

biến đặc biệt là trong ngành mỏ Do vậy, thiết kế, thi công xây dựng các công trình ngầm

và khai thác mỏ vừa được xem là một nghệ thuật, vừa là một ngành khoa học Tiếp thu,

tổng hợp, phân tích được những kiến thức, nhận thức từ thực tế và lí thuyết một cách linh

hoạt từ đó sử dụng hợp lý các kinh nghiệm đã có là yêu cầu quan trọng đối với người làm

việc trong các lĩnh vực liên quan

Cách đây trên 100 năm (1879) Ritter đã tiến hành phân loại khối đá với ý đồ hình

thành một phương pháp phục vụ được công tác thiết kế công trình ngầm, đặc biệt là để

xác định kết cấu chống Từ đó đến nay, với nhận thức ngày càng phong phú, đầy đủ và

chi tiết hơn của con người về khối đá Công tác thiết kế, thi công xây dựng ngày càng có

những đòi hỏi cao hơn về chất lượng, độ chính xác, hợp lí và kinh tế nên hàng loạt các

phương pháp phân loại đã được đề xuất và được áp dụng khắp nơi trên thế giới

Bảng 3.1: Các hệ thống phân loại khối đá điển hình Chỉ tiêu phân

loại

Tác giả, năm đề xuất

Xuất sứ Phạm vi áp dụng

Cấu trúc khối đá Terzaghi, 1946 Mỹ Xác định vùng sụt lở, chống

bằng khung thépThời gian ổn định

không chống

côngCấu trúc khối đá

Rabcewicz,Pacher và Muller,1964

Áo Giải pháp thiết kế và thi

công bằng phương pháp'đào hầm mới của Áo -

NATM'Chất lượng khối

Điểm số khối đá

RMR

Bieniawski, 1973 Nam phi Thi công xây dựng công

trình ngầmChất lượng

tunnel Q

Barton, Lien,Lunde 1974

Kích thước-độ

bền

Franklin,Louis,1975

Anh, Pháp Thi công đường hầm

3.1 Phân loại khối đá theo Deere, chỉ tiêu chất lượng đá RQD.

Vào năm 1964, Deere đã đề xuất chỉ tiêu định lượng chất lượng khối đá RQD trên

cơ sở đánh giá chất lượng, số lượng và đặc tính của các đoạn lõi khoan sau khi thu hồi

Chỉ tiêu định lượng chất lượng khối đá RQD (Rock Quakity Designation) hiện nay đã

được các nhà địa cơ học trên thế giới sử dụng rất rộng rãi trong quá trình phân loại khối

đá, đánh giá mức độ ổn định cho công trình ngầm chống lại những điều kiện cơ học khác

nhau

Chỉ tiêu RQD còn được các nhà địa cơ học kết hợp sử dụng với các chỉ tiêu địa kỹ

thuật khác của khối đá để dự báo mức độ ổn định cho mặt lộ công trình ngầm, lựa chọn

các phương pháp, phương tiện chống giữ khác nhau cho công trình ngầm ở những điều

kiện cụ thể

Quá trình phân loại khối đá theo chỉ tiêu RQD (theo mức độ phá huỷ) có xét đến

công nghệ khoan lấy mẫu, số lượng nứt nẻ, mức độ giảm yếu và phong hoá của đất đá

Trong phương pháp này việc đo đếm số lượng khe nứt được thay thế bằng quá

trình đánh giá gián tiếp thông qua sự xác định tổng chiều dài “ L1” của tất cả các đoạn lõi

khoan và tổng chiều dài “LP” của các đoạn lõi khoan có chiêu dài lớn hơn 10 cm sau khi

thu hồi Giá trị RQD xác định theo công thức:

RQD =

L p

Trong đó: Lp - Tổng chiều dài các thỏi khoan có chiều dài không nhỏ hơn 2 lần đường

kính lỗ khoan tại đoạn lỗ khoan cần khảo sát; LP =  l ( 10cm), khi đường kính lõi

khoan là 5cm

Lt - Chiều dài đoạn lỗ khoan được khảo sát.

Trên cở sở mối quan hệ giữa chỉ tiêu RQD và chất lượng khối đá thực tế, Deere đã đề

xuất bảng phân loại khối đá như sau:

Bảng 3.2: Phân loại khối đá theo Deere

RQD

(%)

Phân loại chất lượng

Số khe nứt trên

1 m dài (k kn )

Tỷ lệ môđun biến dạng (k E )

Như vậy, RQD thực sự chỉ là một chỉ số phản ánh mức độ nứt nẻ của khối đá,

được xác định theo một tuyến khảo sát (trong trường hợp này là lỗ khoan) Do đó RQD

có thể còn được xác định theo số liệu đo vẽ ở vách hố đào, vách đường lò Cụ thể là:

trong trường hợp không xác định được RQD từ các lỗ khoan thăm dò hoặc lấy mẫu, có

thể tính cách gián tiếp bằng công thức thực nghiệm (Palmstrom,1982):

Trong đó: Jv là mật độ khe nứt tính theo 1 m3 khối đá, hoặc tổng các khe nứt của các hệ

trên một đơn vị chiều dài; hay sử dụng công thức(Priest and Huson -1976):

RQD = 100 (0,1kKN + 1).10(-0,1 kKN) (3.3)

Với kKN là mật độ (hay môđun) khe nứt = số khe nứt/1m dài đoạn lò khảo sát (kN/m)

Mặc dù chỉ tiêu RQD có ý nghĩa rất lớn trong quá trình đánh giá chất lượng khối

đá nhưng nó cũng chứa đựng rất nhiều khiềm khuyết Chỉ tiêu RQD không xét đến các

đặc tính sau : độ bền của đá, hướng phát triển của khe nứt, chất lấp nhét trong khe nứt,

mức độ phân huỷ Trong thực tế, vì dễ xác định RQD, lại phản ánh sơ bộ được trạng thái

của khối đá, đặc biệt trong giai đoạn dự án tiền khả thi, nên đã được dùng rất phổ biến

không những trong phân loại, thiết kế các giải pháp đào chống lò, mà còn được dùng như

một tham số chủ yếu trong các hệ thống phân loại khác, thể hiện trong các hệ thông phân

loại chi tiết hơn dưới đây

3.2 Phương pháp của Bieniawski.

Nhằm khắc phục những nhược điểm trong phương pháp đánh giá chất lượng khối

đá của Deere trong quá trình phân loại khối đá, dự báo mức độ, lựa chọn chủng loại kết

cấu chống giữ hợp lý cho công trình ngầm Năm 1973, Bieniawski thuộc “ Hội đồng

nghiên cứu khoa học và công nghiệp” (CSIR) Cộng Hoà Nam Phi đã đề xuất một chỉ

tiêu đánh giá ổn định tổng hợp cho khối đá - chỉ tiêu RMR ( Rock Mass Rating )

Chỉ tiêu RMR là chỉ tiêu tổng hợp hệ thống các chỉ tiêu địa cơ học có ảnh hưởng

tới mức độ ổn định của khối đá.Chỉ tiêu RMR được xác định từ biểu thức có chú ý đến 6

yếu tố ảnh hưởng khác nhau :

RMR =I1 + I2 +I3 +I4 +I5 +I6 (3.4)

Trong đó:

I1- tham số xét đến độ bền nén đơn trục của đá;

I2- tham số thể hiện lượng thu hồi lõi khoan RQD;

I3- tham số thể hiện khoảng cách giữa các khe nứt;

I4- tham số thể hiện trạng thái của các khe nứt;

I5- tham số thể hiện điều kiện ngậm nước;

I6- tham số thể hiện tương quan giữa thế nằm các lớp và hướng đào của đường các công

trình ngầm

Các tham số trong công thức trên biểu thị bằng một lượng điểm nhất định tùy theo

tính chất của các loại đá khác nhau Tổng số điểm của các tham số trên là lượng điểm

chất lượng khối đá Điểm chất lượng khối đá nẳm trong khoảng từ 0 đến 100 và phân

thành 5 cấp chất lượng tương ứng với đặc điềm khác nhau Mỗi cấp sẽ có những giải

pháp chống giữ tương ứng cho công trình ngầm

Cách tính các tham số và RMR cũng như các nhóm khối đá theo Bieniawski được

>8MN/

m2

3-8MN/m2

Độ bềnnén đơntrục

>200MN/m2

200MN/m2

100-50-100MN/m2

bề mặtnhámnhẹ,cứ

ng, độmở

<1mm

bề mặtnhámnhẹ,mềm, độ

mở 1mm

bề mặtnhẵn trơn,

độ mở 5mm, cólấp nhét,khe nứtxuyên suốt

1-chất lấpnhétmềm, độmở

>5mm,khe nứtxuyênsuốt

không có nướcchảy

< 25l/phút

25 -125l/phút

>125l/phút

áp lựcnước/ứn

g suấtlớn nhất

trạng tháichung

hoàn toàn khô ráo ẩm ướt nước với

áp lực nhỏ

xử lýnước khókhăn

thuậnlợi

tươngđối tốt

khôngthuận lợi

rất khôngthuận lợi

I 6

đường hầm(tunnel)

Bảng 3.4: Các nhóm khối đá theo RMR RMR = I 1 +I 2 + +I 6 81 -100 61 - 80 41 - 60 21 - 40 <20

Nhóm I II III IV V

3.3 Phương pháp của Barton, Lien và Lunde

Trên cơ sở phân tích các kết quả thống kê, quan trắc của 200 trường hợp xây dựng các

công trình ngầm, năm 1974 Barton và các cộng sự của Viện Địa kỹ thuật Nauy (NGI) đã

kiến nghị một phương pháp phân loại khối đá theo chỉ tiêu "chất lượng tuynen -Tunnel

Quality" Q Chỉ tiêu này được đánh giá qua 6 tham số hay chỉ tiêu, định nghĩa bởi biểu

RQD (Rock Quality Designation);

Jn- chỉ số chú ý đến số lượng các hệ khe nứt trong khối đá

Jr- chỉ số xét tới ảnh hưởng của độ nhám của các mặt khe nứt

Ja- chỉ số xét đến mức độ phong hoá bề mặt của các khe nứt

Jw- chỉ số kể tới ảnh hưởng của nước ngầm

SRF- chỉ số tính đến sự suy giảm ứng suất

Sáu tham số này được kết hợp thành ba cặp thừa số với ý nghĩa sau:

* RQD/J n đặc trưng cho kích thước của các khối nứt,

* J a /J r đặc trưng cho độ bền cắt hay trượt giữa các khối nứt,

* J w /SRF đặc trưng cho "ứng suất hữu hiệu", tác dụng vào khối đá.

Trị số của các thừa số đó trong hệ thống phân loại dao động trong khoảng xác định

sau:

0,5 RQD/J n 200; 0,02 J a /J r5; 0,005 J w /SRF  1;

Dựa vào số điểm tổng hợp Q thu được, các khối đá được xếp vào 9 nhóm khác

nhau như trong bảng 3-5.

Bảng 3.5: Các nhóm khối đá theo Barton, Lien và Lunde.

Giá trị của chỉ tiêu

- Khi RQD được báo cáo hay đo đạc là ≤ 10 (kể cả giá trị 0), thì một giá trị

danh nghĩa bằng 10 sẽ được dung để đánh giá Q

H Hoặc hơn 4 hệ khe nứt, và các khe nứt ngẫu

nhiên + nứt nẻ mạnh, cục nhỏ ‘hạt đường’,…

15

J Đá bị cà nát, giống như đất 20

- Các khoảng tăng trị số RQD bằng 5, tức là 100, 95, 90…là đủ độ chính xác

- Với các chỗ giao nhau trong hầm, dùng (3,0 x Jn)

- Với các cửa hầm dung (2,0 x Jn)

-Các mô tả - theo thứ tự - nói đến các đặc điểm quy mô nhỏ và các đặc điểm quy mô trung

bình

- Cộng thêm 1,0 nếu bước trung bình của hệ khe nứt chính lớn hơn 3m

Jr=0,5 có thể lấy cho các khe nứt mặt trượt, phẳng có các cấu trúc tuyến (cấu tạo đường),

miễn là các cấu trúc tuyến có hướng sao cho gây ra cường độ nhỏ nhất

- Phân loại Jr và Jr được áp dụng cho hệ khe nứt hoặc đứt gãy mà nó bất lợi nhất cho sự ổn

định xét từ quan điểm phương hướng và sức kháng cắt

a, Tiếp xúc tường đá (thành khe nứt và b) Tiếp xúc tường đá trước đới cắt 10cm

c, Không có tiếp xúc tường đá khi chịu cắt

H Đới/vùng chứa khoáng vật sét đủ dày để

không có tiếp xúc đá – tường

1,0

J Đới chứa cát, sỏi hoặc vỡ vụn đủ dày để

không có tiếp xúc tường đá

1,0

C Các tường khe nứt bị biến đổi nhẹ Có màng

khoáng vật không bị mềm hóa, các hạt cát, đá

bị phân hủy không chứa sét v.v

D Màng bùn hoặc sét cát, thành phần sét nhỏ

(không bị mềm hóa)

E Màng mềm hoặc chứa khoáng vật sét ma sát

thấp, ví dụ kaolinit hoặc mica Cũng có thể là clorit, talc, thạch cao, graphit, v.v…và những lượng nhỏ sét trương nở

`b, Tiếp xúc tường – đá trước đới cắt 10cm (có chất lấp nhét khoáng vật mỏng)

F Các hạt chứa cát, đá vụn nát/phân hủy không

chứa sét,v.v…

G Chất lấp đầy là khoáng vật sét quá cố kết chặt,

không bị mềm hóa (liên tục, nhưng có chiều dày <5mm)

H Chất lấp đầy là khoáng vật sét quá cố kết trung

bình hoặc thấp, bị mềm hóa (liên tục, nhưng

có chiều dày <5mm)

J Chất lấp đầy là sét trương nở, ví dụ

montmorilonit (liên tục, chiều dày <5mm)

Giá trị Ja phụ thuộc vào hàm lượng phần trăm của các hạt cỡ sét trương nở và tiếp xúc với nước…

c, Không có tiếp xúc tường – đá khi bị cắt (chất lấp nhét khoáng vật dày)

K Các đới hoặc dải đá bị cà nát hoặc phân hủy,

và sét (xem G, H, J về mô tả điều kiện sét)

B Lưu lượng và áp lực trung bình, < 5 lít/phút

cục bộ, đôi khi bị xói rửa chấp lấp đầy khe nứt

C Lưu lượng lớn hoặc áp lực cao trong đá cứng

chắc với khe nứt không có chất lấp đầy

D Lưu lượng lớn hoặc áp lực cao, bị xói rửa

đáng kể chất lấp nhét

E Lưu lượng và áp lực đặc biệt lớn khi mới nổ

mìn giảm dần theo thời gian

Các hệ số C đến F là đánh giá thô Tăng Jw nếu lắp đặt các biện pháp thoát nước.

- Các vấn đề đặc biệt gây bởi sự tích tụ băng tuyết là chưa xét đến

- Đối với sự mô tả tổng quát khối đá ở xa khỏi phạm vi ảnh hưởng của gương đào, thì

khuyến nghị dung Jw=1,0, 0,66, 0,33 …khi chiều sâu tăng lên chẳng hạn từ 0-5m,

5-25m, 25-250m đến >250m, với giả thiết rằng RQD/Jn là đủ thấp (ví dụ 0,5-25) cho sự

kết nối thủy lực tốt Điều này sẽ giúp điều chỉnh Q cho một số tác động của ứng suất

hữu hiệu và sự mềm hóa do nước, kết hợp với các giá trị mô tả SRF thích hợp Từ đó,

sẽ có được các mối quan hệ với modul biến dạng tĩnh phụ thuộc chiều sâu và vận tốc

sóng địa chấn, theo cách thức đã sử dụng tại thời điểm chúng được phát triển

- 4. Chỉ số/yếu tố giảm ứng suất SRF

a, Tiếp xúc tường đá (thành khe nứt và b) Tiếp xúc tường đá trước đới cắt 10cm

A Gặp nhiều đới yếu chứa sét hoặc đá bị phân hủy hóa học,

đá xung quanh bị nới lỏng mạnh (độ sâu hầm bất kỳ)

10

B Một đới yếu chứa sét hoặc đá bị phân hủy hóa học (chiều

sâu hang đào ≤ 50m)

5

C Một đới yếu chứa sét hoặc đá bị phân hủy hóa học (chiều

sâu hầm >50m)

2,5

D Nhiều đới cắt trong đá tốt (không chứa sét), đá xung

quanh bị nới lỏng (độ sâu hầm bất kỳ)

7,5

E Một đới cắt trong đá cứng nhắc (không chứa sét), (chiều

sâu hang đào ≤ 50cm)

5,0

F Một đới cắt trong đá cứng nhắc (không chứa sét), chiều

sâu hang đào >50m)

- Giảm các giá trị SRF này khoảng 25-50% nếu các đới cắt liên quan chỉ gây ảnh

hưởng chứ không cắt hang ngầm Điều này cũng đúng với việc mô tả địa chất

c, Đá tốt, các vấn đề về ứng suất trong đá σc/ σ1 σϴ/ σc SRF

H Ứng suất thấp, gần mặt đất, các khe nứt mở >200 <0,01 2,5

J Ứng suất trung bình, điều kiện ứng suất thuận lợi 200-10 0,01-0,3 1

K Ứng suất cao, cấu trúc rất chặt Thường thuận lợi

cho sự ổn định, có thể là không thuận lợi cho sự

ổn định của vách/tường hầm

L Bắn đá nhẹ sau >1 giờ trong đá dạng khối 5-3 0,5-0,65 5-50

M Bắn đá và nổ đá sau một vài phút trong đá liền

khối

N Nổ đá mạnh (nổ biến dạng) và xảy ra các biến

dạng động lực ngay lập tức trong đá liền

khối/cứng chắc

200-400

Đối với trường ứng suất tự nhiên dị hướng mạnh (nếu đo được): Khi 51/3 10 , thì

giảm c còn 0,75c Nếu 1/ 3 10, giảm c còn 0,5c, trong đó: c là cường

độ kháng nén nở hông của đá, 1 và 3 là các ứng suất chính nhỏ nhất và lớn nhất, và



 là ứng suất tiếp lớn nhất (tính toán từ lý thuyết đàn hồi)

- Có một vài trường hợp số liệu thực tế mà trong đó chiều dày lớp đất phủ trên nóc hầm

kể từ mặt đất nhỏ hơn bề rộng nhịp hang đào Khi đó khuyến nghị cần tăng giá trị

SRF lên 2,5 đến 5 lần

- Các trường hợp L, M, N thường là thích hợp nhất cho thiết kế chống đỡ đào hầm sâu

trong các nền đá liền khối cứng chắc, với các tỷ số RQD/Jn từ ~50 – 200

- Đối với việc mô tả/đánh giá chung khối đá nằm cách xa vùng ảnh hưởng quanh

gương đào, khuyến nghị nên dung SRF=5, 2,5, 1,0, và 0,5 khi chiều sâu hầm tăng lên

với các gia số 0-5m, 5-25m, 25-250m đến >250m Việc này sẽ giúp điều chỉnh Q cho

một vài hiệu ứng ứng suất hữu hiệu, kết hợp với các giá trị đánh giá mô tả thích hợp

của Jw Từ đó, sẽ có được các mối tương quan với mô đun biến dạng tĩnh phụ thuộc

chiều sâu và vận tốc sóng địa chấn, theo cách thức đã sử dụng tại thời điểm chúng

được phát triển

-Các trường hợp đá nén ép có thể xảy ra với độ sâu H>350.Q1/3 theo Singh

- Cường độ nén khối đá có thể được tính toán từ SIGMA cm 5Q1/3(MPa)khi ɣ=khối

lượng riêng của đá tính bằng t/m3, và Q c Q  / 100c , Barton 2000

3.4.1 Tính toán độ kháng nén của đá

Lực kháng nén tính toán của khối đá được xác định theo công thức:

Rc = R.kc

Trong đó:

R - Giá trị trung bình lực kháng nén của đá;

kc - hệ số giảm bền của khối đá

3.4.2 Tính toán tiêu chuẩn bền của đất đá

Để lựa chọn chiều dày vỏ chống thành giếng phải tiến hành xác định tiêu chuẩn ổn

định của đá xung quanh thành giếng Giá trị tiêu chuẩn ổn định của đá ở các đường lò

đứng được xác định theo công thức:

26 , 3+k α R C(5 , 25+0 , 0056 k α R C) (3.6)

Trong đó:

kГ− Hệ số tác động của nước, đối với khu vực ngoài tầng chứa nước lấy bằng

1; đối với tầng đá chứa nước thì hệ số kГ được xác định theo công thức:

k Г=

(γhh1−P В)+(γh П−γh В)1+ε1 h2

γhH (3.7)

h1− Chiều dày của tập đá từ trụ của lớp chứa nước đến mặt đất, m;

h2− Chiều dày lớp đá từ vị trí được xem xét đến vách của tầng chứa nước, m;

γh - dung trọng của đá, kN/m3

γhП,γhВ - Tương ứng với dung trọng riêng của đá chứa nước và dung trọng của

nước, kN/m3;

ε− Hệ số độ rỗng của đá ngậm nước;

PВ− áp lực của nước ngầm với tính toán của hạ mực nước, kPa;

H− Chiều dày của tập đá từ tiết diện xem xét đến mặt đất, m;

kсб - hệ số tác động của các đường lò khác đến giếng đứng: đối với thân giếng thì

kсб =1; đối với các ngã ba lấy bằng 1,5

k Ц− Hệ số tác động lên giếng do công tác khai thác, đối với các khu vực khai

thác không chịu tác động thì k Ц =1,0;

kt - hệ số ảnh hưởng của thời gian vận hành khai thác đường lò thiết kế: đối với các

giếng đứng kt=1; đối với những đường lò còn lại lấy bằng 0,9;

kα - Hệ số ảnh hưởng của góc cắm của đá , đối với các loại đá có thể nằm ngang

lấy bằng 1, đối với các trường hợp khác kα được tính theo công thức sau:

Rc - cường độ kháng nén tính toán của khối đá, mPa

Theo СНиП II-94-80“Các đường lò mỏ ngầm” của Liên bang Nga, tiêu chuẩn độ

ổn định của đá được phân loại theo Bảng 3.6.

Bảng 3.6 Đánh giá khối đá theo C Đánh giá trạng thái ổn định của đá Giá trị ổn định tiêu chuẩn của đá với

Nếu giá trị C < 3 thì không cần thiết phải tính toán chiều dày vỏ chống và chiều

dày vỏ chống thành giếng lựa chọn không được nhỏ hơn 250 mm Nếu giá trị C > 3 thì

cần thiết phải tính toán chiều dày vỏ chống

3.5 Kết luận

Để đánh giá chất lượng khối đá xung quanh thành giếng đứng có rất nhiều phương pháp

để đánh giá, tùy thuộc vào phương thức mà các đơn vị thiết kế lựa chọn, hoặc tùy thuộc

độ phức tạp của khối đá xung quanh thành giếng đứng Có thể kể đến 4 phương pháp

phân loại khối đá chính thường dùng

- Phân loại khối đá theo Deere, chỉ tiêu chất lượng đá RQD

- Phương pháp của Bieniawski

- Phương pháp của Barton, Lien và Lunde

- Đánh giá theo hệ số C

CHƯƠNG IV NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỐNG GIỮ

CHO MỎ THAN QUẢNG NINH.

Hiện nay, tại các giếng đứng ở vùng than Quảng Ninh, tính toán các thông số

chính, kiểm tra khả năng mang tải của neo vẫn còn sử dụng nguyên lý cơ bản để xác định

các thông số của neo gia cố giếng đứng Tuy nhiên, việc tính toán các thông số của neo

theo các phương pháp trên mới chỉ xét đến một số thông số cơ bản của khối đá xung

quanh thành giếng như: độ bền nén đơn trục hoặc hệ số kiên cố của đất đá (f), góc ma sát

trong của đất đá (±), dung trọng và lực dính kết…chưa xét nhiều đến các đặc điểm về khe

nứt, tính liền khối…của khối đá Trong khi những yếu tố này lại ảnh hưởng rất lớn tới độ

ổn định của thành giếng Ngoài ra, với nguyên lý tính neo là nguyên lý treo, chiều dài của

neo còn phụ thuộc mạnh vào chiều dày vùng giảm tải giả định xung quanh thành giếng

Do việc tính toán chiều dày vùng giảm tải giảm dựa trên giả thiết môi trường đất đá xung

quanh thành giếng là môi trường rời, trong khi thực tế đất đá xung quanh thành giếng vẫn

có tính liên kết nhất định đã dẫn đến kết quả tính toán thường thiên về an toàn, gây lãng

phí vật liệu chống giữ Đây là lý do chính đòi hỏi phải có những phương pháp tính toán

lựa chọn kết cấu chống cho kết quả phù hợp hơn với điều kiện thực tế của khối đá, xuất

phát từ việc đánh giá khối đá một cách toàn diện hơn

Điều kiện địa chất mỏ khu vực xây dựng giếng đứng tại vùng than Quảng Ninh

Chiều dày vỉa than vùng than Quảng Ninh tổng hợp như sau:

- Vỉa rất mỏng <0,5m chiếm 3,57% tổng trữ lượng

- Vỉa mỏng: 0,5-1,3m, chiếm 27%

- Vỉa trung bình: 1,3-3,5m chiếm 51,78%

- Vỉa dày >3,5-15m chiếm 16,78%

- Vỉa rất dày >15m chiếm 1,07%

Như vậy, vỉa dày trên 3,5m và rất dày trên 15m chiếm khoảng 18% tổng trữ lượng

than Áp lực mỏ tác động lên thành giếng đứng phụ thuộc rất lớn vào độ bền của đá Đặc

điểm độ bền cơ học đá, đại diện của vùng Quảng Ninh giới thiệu tại bảng 1; 2:

uk (MPa)

Mô đun đànhồi, E(GPa)

Trọng lượng thể tích

T/m3

Hệ sốkiên cố(f)

Sét kết 19,86−27 ,3

23,54

1,07−2,14 1,59

0,91−2,45 1,64

4,19−6,72 5,40

6 ,48−12,67 8,52

5,78−8,52 6,83

7 ,85−17,82 13,36

Xi mănggắn kết

Kíchthướcnhamthạch(mm)

Độ bềnkéo(MPa)

Độ bềnnén(MPa)

Chỉ sốmài mòn(CAI)

0,68 –3,91

Góc dốc vỉa:

Góc dốc các vỉa than trong vùng mỏ Quảng Ninh rất khác nhau Trong đó, vùng Mạo

Khê-Uông Bí các vỉa có góc dốc > 300 chiếm khoảng 26,4% đến 48,7% trữ lượng than

Tương tự tại vùng mỏ Cẩm Phả-Lộ Trí số lượng vỉa than có góc dốc > 300 chỉ chiếm

khoảng 7,2% trong khi đó vùng Tây Khe Sím số lượng vỉa có góc dốc > 300 chiếm tới

48,7%

Số lượng vỉa với góc dốc lớn đồng nghĩa với sự thay đổi sự phân bố ứng suất và phân bố

áp lực tác động lên thành giếng đứng Điều này cho thấy, khi xây dựng giếng đứng, nếu